[发明专利]一种超声成像数据采集系统前端调理电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种前端调理电路，尤其涉及一种超声成像数据采集系统前端调理电路。

背景技术

超声成像是以超声波作为探测生物组织特性的载体，利用现代电子技术、信号处理技术提取超声回波信号，从而对生物组织特性进行成像的一种技术。在医学成像方面，超声以其无危害，无损伤，无痛苦，成像速度快等特点而得到广泛的应用，为医学的临床诊断提供可靠的检测方式，近年来特别是在血流成像、合成孔径成像等方面称为热门的研究课题。就工作频率而言，超声波的工作频率在20kHz以上，而医用超声波一般工作在1~15MHz，眼科等超声能换器工作频率高达10~20MHz，而特殊用途的超声探头工作频率高达30MHz 甚至更高。

超声波与其他机械波一样在传播过程中会存在衰减，当声波在人体组织中传播的时候，会存在不同程度的扩散衰减、散射、被组织体吸收。随着在组织体中穿透的深度加深，超声波能量衰减更加剧烈。入射到组织体的超声波通常以0.5~ 0.7dB·cm−1·MHz−1的速率衰减，某些特殊的组织如骨骼，1MHz的超声波衰减更是高达到12dB·cm−1，这就为心脏等一些部位的成像提出了更严峻的挑战。国内一些超声成像数据采集系统，噪声低而压摆率带宽都很低，或者放大结构复杂且带宽不够大，限制频率较低的探头使用。而成像分辨率与超声探头的频率成正比，为了获得分辨率更高的成像，这就必须使用高频探头，高频探头对带宽要求更高。

发明内容

本发明的目的是为了在兼顾器件自身噪声低和足够大增益的前提下扩展了带宽，方便以后更换频率更高的探头，设计了一种大位移电涡流传感器测量电路。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

超声成像数据采集系统前端调理电路由限幅电路、低噪声前置放大电路、可变增益放大电路、带通滤波电路、数据采集电路等部分构成。

所述的限幅电路采用两只背靠背二极管进行电压钳制，限制在−0.7~0.7V。

所述的前置超低噪声放大芯片采用TI公司的OPA847，该芯片是LMH6642的升级版，适合用于超声前置放大，而且该芯片在18mA供电时的输入噪声相对较低只有0.85nV/√Hz，3.9GHz的增益带宽积，完全能满足超声前置放大性能指标。

所述的可变增益放大采用AD8331芯片，AD8331芯片是ADI公司推出的一款低噪声、高性能的可变增益放大器，与分立元件组成的可控增益放大相比较而言，该放大器信噪比高，动态范围大，带宽较宽，试调简单，而且可以根据实际情况进行灵活的配置，实现多种不同控制的控制模式. 该放大器拥有120MHz的−3dB带宽，等效输入噪声仅为0.74 nV/√Hz。高达48dB的动态增益范围，非常适合做时间增益补偿。根据探测深度，以及超声在生物组织中的衰减特性，结合所用探头的频率，可以计算出该芯片的动态范围完全能满足3.5，5.0MHz的增益补偿范围。该芯片前置19dB的低噪声放大，紧接着就是VGA可控增益放大，输入控制电压范围为1~40V。根据需要的模式，可以分别实现−4.5~43.5dB，7.5dB到55.5dB，随控制电压增加或衰减48dB的动态范围。

所述的带通滤波器设计采用LT1568进行带通滤波设计，该芯片在2MHz时具备92dB 的信噪比，可实现单端或差分输出，在3V单电源时的中心频率可高达10MHz。而且该芯片的滤波器基于EXCEL表格设计，非常方便。

本发明的有益效果是：

系统总体特性能实现64dB到113dB的可调增益范围，由于低噪放大，VGA放大的多级放大，系统的−3dB带宽有所减小，在进入滤波前为54.6MHz，但完全能满足系统要求，器件的输出噪声为0.315μV/√Hz.根据超声成像数据采集系统前端低噪声高增益，增益可变要求，结合了以往系统的优点，权衡了超声数据采集前端增益带宽、噪声、摆率. 增益可调等各项要求，提出一套前端调理方案。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是数据采集前端信号调理框架。

图2是前置两级低噪声放大。

图3是AD8331仿真图。

图4是带通滤波仿真图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。